На основных направлениях науки 40 Академик Н. А. ШИЛО
advertisement
На основных направлениях науки Академик Н. А. ШИЛО, кандидат геологоминералогических наук Л. 3. БЫХОВСКИЙ, доктор геологоминералогических наук Н. Г. ПАТЫК-КАРА, кандидат геологоминералогических наук С. А. ЛАУХИН, доктор геологоминералогических наук В. С. ТРОФИМОВ 40 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ РОССЫПЕЙ Россыпи — один из немногих типов месторождений полезных ископаемых, известных человеку с глубокой древности и не потерявших своего значения в настоящее время. В наши дни надежды геологов открыть новые россыпи прежде всего связаны с континентальными окраинами, в том числе с Тихоокеанским поясом, где известны почти все типы россыпных месторождений. За последние 40—50 лет в мировой практике наметилась тенденция к расширению работ по поискам, разведке и освоению россыпных месторождений. В сферу промышленного освоения кроме полезных ископаемых, традиционно добываемых из россыпей — золота, платиноидов, олова, алмазов, титана, циркония (циркона), вовлекается все более широкий спектр полезных компонентов за счет комплексного освоения месторождений и применения безотходной технологии, ведется повторная отработка техногенных россыпей. Под россыпями понимаются скопления рыхлого или сцементированного обломочного материала, содержащего в виде зерен, их обломков или агрегатов те или иные ценные (россыпеобразующие) минералы. Россыпи формируются в ходе разрушения и переотложения вещества горных пород и руд под влиянием различных экзогенных процессов; при этом необходимым условием для их образования является разделение (сепарация) обломочного материала по плотности, массе, прочности, химической устойчивости. Иначе говоря, главным признаком, указывающим на принадлежность месторождения обломочного происхояедения к россыпям, служит относительная концентрация минералов и обломков пород, содержащих полезные компоненты. Важнейшим в геологии россыпей является понятие о россыпеобразую-щих минералах. Их отличает способность сохраняться в зоне гипергене-за — в верхних слоях земной коры и на ее поверхности, где протекают химические и физические процессы преобразования минеральных веществ под действием воздуха, воды и живых организмов. Такая особенность обусловлена физико-химическими свойствами самих минералов, в первую очередь энергетическими характеристиками кристаллов, обобщенным по- Актуальные проблемы геологии россыпей 41 казателем которых может служить безразмерная величина — константа гипергенной устойчивости. Россыпеобразующая способность минералов характеризуется также абразивной прочностью, то есть способностью накапливаться в условиях переноса и переотложения обломочного материала, устойчивостью к истиранию и выветриванию. Состав россыпей, отражающий как особенности строения области питания (коренного источника), так и сепарацию минералов в процессе их переноса и переотложения, является высшим классификационным признаком россыпных месторождений. Название класса (или минерального типа) россыпи дается либо по полезному компоненту, заключенному в россыпеобразующем минерале, либо по основному ценному минералу — последнее чаще всего в том случае, если полезным компонентом служит сам минерал, а не заключенные в нем элементы (таблица). Наряду с мономинеральными (или однокомпонентными) россыпями в настоящее время все шире осваиваются комплексные россыпи. Они образуются под влиянием различных факторов. Например, большинство олово-вольфрамовых россыпей, россыпей минералов, содержащих тантал и ниобий, многие россыпи платиноидов формируются за счет комплексных руд коренного источника; многие золотоносные, золото-киноварные россыпи, некоторые россыпи ювелирных камней — за счет различных по составу, но пространственно близких источников питания; большинство комплексных ред-^ кометалльно-титановых россыпей, полезными компонентами которых являются ильменит, рутил, монацит, циркон, гранат, ставролит, дистен,— в результате полной сепарации минералов по плотности и прочности в береговой зоне морей и океанов. Анализ накопленного к настоящему времени материала по россыпям цветных, благородных, редких металлов, титана и других полезных ископаемых позволяет выделить узловые проблемы геологии, отражающие современный уровень учения о россыпях \ Среди них важнейшее место занимают выделение россыпеобразующих рудных формаций, то есть «формаций... коренных источников, за счет которых возникновение россыпей представляется наиболее вероятным» 2, и установление их морфологических и структурных особенностей, влияющих на формирование и продуктивность месторождений. Имеющиеся данные показывают, что для основных классов россыпей практически все формационные типы коренных источников являются в той или иной мере россыпеобразующими. Это определяется не только распределением полезного компонента в рудах и характером сопутствующих ему минеральных ассоциаций, но и многими другими свойствами источника питания. К их числу относятся структурноморфологические особенности и условия локализации оруденения вблизи земной поверхности, характер дезинтеграции руд и вмещающих пород при данном типе литогенеза и другие показатели, различным образом проявляющиеся в ходе тектоно-геоморфологической эволюции территории. Иначе говоря, одна и та же формация коренных источников в конкретной геолого-геоморфологической обстановке может либо проявляться как россыпеобразующая, либо не обладать этим качеством. Характерный пример тому — редкометалльные и оловоносные пегматиты, сопровождающиеся россыпями только при развитии кор выветривания. Литогенетические аспекты процесса россыпеобразования подробно рас1 Современное состояние геологии россыпей отражено в «Словаре по геологии россыпей» под редакцией академика Н. А. Шило. В 1985 г. словарь выходит иа печати в издательстве «Недра».— Ред. г Шило Н. А. Основы учения о россыпях. М.: Наука, 1981, с. 10. На основных направлениях науки 42 смотрены в работах ряда отечественных авторов3. Исходные свойства источников питания в различных типах и фациях литогенеза реализуются в ходе высвобождения россыпеобразующих минералов, под которым в общем виде понимается совокупность процессов дезинтеграции коренных пород. Эти процессы способствуют сосредоточению полезного компонента в определенных классах крупности и обеспечивают возможность его дальнейшей гравитационной сепарации как в естественных условиях, так и при использовании гравитационных способов обогащения. Высвобождение полезного компонента зависит не только от особенностей источника питания и характера разложения (выветривания) коренных пород; оно прямо связано и с геоморфологической позицией источника. Именно ею определяется длительность нахождения рудных обломков и зерен полезного компонента в сфере воздействия процессов выветривания и транспортировки. 3 См.: Шило Н. А. Указ. соч.; Шумилов Ю. Б. Физико-химические и литогенети--ческие факторы россыпеобразования. М.: Наука, 1981. Актуальные проблемы геологии россыпей 43 Следует подчеркнуть, что высокая степень дезинтеграции рудного вещества и высвобождения минералов не всегда может рассматриваться в качестве положительного фактора россыпеобразования. Целесообразно ввести понятие оптимального уровня высвобождения полезных минералов или их агрегатов от вмещающих пород, при котором обеспечиваются наилучшие условия для их концентрации и сохранности в россыпях. Это может быть проиллюстрировано следующими примерами. Для россыпей нефрита оптимальный уровень высвобождения достигается при физическом выветривании, когда механическое разрушение коренных пород приводит к обособлению моноблоков нефрита размером до 1—2 м и более. Формирование комплексных редкометалльнотитановых россыпей в прибрежной зоне возможно лишь в том случае, если породы области питания испытали глубокое химическое выветривание, в ходе которого обособились акцессорные минералы с размером зерен менее 0,1 мм (до 0,04 мм). В россыпях ближнего сноса, образовавшихся за счет локального коренного источника, часто проявляется защитное влияние рудных обломков. Еще в 50-е годы один из авторов статьи (Н. А. Шило.— Ред.) обратил внимание на перенос золота в кварцевой гальке при формировании аллювиальных россыпей в условиях перигляциального литогенеза. Сходная картина наблюдается и на некоторых оловянных россыпях: дальность переноса касситерита увеличивается, если в рудной гальке он встречается в сростках с кварцем, турмалином и хлоритом. Защитная роль сростков и обломков вмещающих пород — важный фактор при образовании россыпей минералов, обладающих невысокой абразивной прочностью и значительной хрупкостью, например вольфрамита или киновари, практически не выдерживающих транспортировку в высвобожденном виде. Доказано, что продуктивность россыпей ближнего сноса определяется отношением эродируемого объема рудоносных пород к суммарному объему пород, разрушающихся в бассейне питания россыпи. Это соотношение характеризуется некими формальными показателями, в частности коэффициентом локальности, равным отношению площади рудного поля, расположенного в бассейне питания россыпи, ко всей площади питания, коэффициентами вертикальной совмещенности оруденения и долины, оценивающими положение рудных тел в определенных ярусах рельефа. В общем виде продуктивность россыпи ближнего сноса определяется степенью пространственной совмещенности источника питания с формой рельефа — коллектором россыпи (например, долиной) и в первую очередь их принадлежностью к одновозрастному ярусу рельефа, а в пределах последнего — особенностями баланса материала на генетически однородных поверхностях, срезающих коренной источник. Как показывает опыт, учет этих зависимостей позволяет повышать достоверность количественного прогноза россыпных месторождений. Для оценки продуктивности россыпи немаловажное значение имеет изучение денудационного среза рудно-россыпной площади — стадийности его наращивания, пространственной неравномерности на отдельных этапах пострудного развития территории. Столь же важны исследования палеогеоморфологических условий, в которых происходило вскрытие оруденения, соотношения между временем вскрытия оруденения и временем образования долин, береговых линий и других форм рельефа. В последние годы собран богатый фактический материал, характеризующий различные стороны проявления зональности россыпей, в которой отражается общий закон упорядоченного распределения природных элементов различных уровней организации. Показано, что зональность рос- На основных направлениях науки 44 сыпных месторождений формируется, с одной стороны, под влиянием особенностей группировки и строения коренных источников, а с другой — в результате воздействия литодинамических и геоморфологических факторов 4. Упорядоченность размещения и строения россыпей определяется в основном неоднородностью распределения рудного вещества в коренных источниках; развитием процессов гипергенного преобразования руд и вмещающих пород; транспортировкой полезного компонента в неоднородной динамической среде; зональностью проявления геоморфологических процессов и фациальной обстановки осадконакопления. В соответствии с этим предложено различать отраженную гипогенную зональность россылей (или зональность коренных источников), отраженную гипергенную, миграционную и геоморфологическую (или фациальную) зональности. Следует подчеркнуть, что каждая из них может проявляться в целом ряде свойств: в изменчивости состава, в распределении и соотношении различных полезных компонентов, в направленном изменении параметров россыпи, в смене генетических и морфологических типов россыпей, их возрастных групп и т. д. На рис. 1 показана схема развития отраженной гипогенной зональности россыпи. Для ее рассмотрения применена модель денудационного сре4 См.: Патык-Кара Н. Г. Зональное^ россыпных месторождений.— Геол. методы поисков и разведки месторождений метал, полезн. ископаемых. Экспресс-информация ВИЭМС, 1980, № 7, с. 1—14. Актуальные проблемы геологии россыпей 45 за коренного источника с развитой зональностью концентрического типа. На схеме использована система обозначений последовательных элементов рудной зональности, предложенная Д. В. Рундквистом и И. А. Неженским: буквы £, к, I соответствуют ассоциациям минералов и химических элементов, свойственным глубоким, средним и верхним горизонтам коренного источника. В сложных многопластовых россыпях тектонических впадин, например в россыпях зон тектонических уступов, весьма распространена зональность, которая может быть названа обратной (рис. 1, б). Она наблюдается в том случае, когда происходит частичное погребение ранее выведенных на поверхность коренных источников в процессе аккумуляции рыхлых осадков. На обширных площадях, где распространены россыпи ближнего сноса, нередко проявляются совмещенная отраженная гипогенная и разновидность геоморфологической — морфоструктурная зональность как результат унаследованного развития структур сводового и сводово-глыбового типа. В полиминеральных рудно-россыпных районах отражением экспонирования разноформационного оруденения в разных зонах и ярусах сводо-воглыбовых структур служат вертикальные зоны размещения россыпей На основных направлениях науки 46 различного состава (например, золота, олова, ртути и др.)- Такая картина характерна для многих россыпных провинций северо-востока Сибири, Забайкалья и других районов (рис. 2). Россыпям дальнего переноса более свойственно проявление миграционной и структурно-фациальной зональности. Так, на Русской платформе титаноциркониевые россыпи часто располагаются на склонах баров, приуроченных к локальным сводам в береговой зоне древних морей. Важное место в современных исследованиях занимает анализ сложных, погребенных и нетрадиционных типов россыпей, в том числе россыпей континентальных впадин, шельфовых зон, долин высоких порядков и россыпей, образованных мелкими и тонкими зернами полезных компонентов. За последнее десятилетие в нашей стране выявлен новый перспективный тип россыпей, связанных с зонами активных тектонических уступов (рис. 3) 5. Эти россыпи представляют сложные многоярусные полигенетические образования, которые формируются у подножья активных тектонических уступов, разделяющих блоки с противоположным знаком движения или со значительной разницей в их амплитуде. Металлоносная пачка обычно имеет форму наклонной, ступенчато-опущенной линзы, максимальная мощность которой достигается у подножья уступа или входящих в него ступеней, приуроченных к активным разломам. Наиболее сложное строение и вместе с тем наибольшую мощность россыпь приобретает в том случае, если тектонический уступ сохраняет активность на протяжении всего периода россыпеобразования. Благодаря этому создаются условия для продолжительного вскрытия коренного источника в поднимающемся блоке и накопления мощной металлоносной пачки осадков в опущенном блоке. Подобные россыпи выявлены в различных структурно-геологических обстановках: во внутриконтинентальных впадинах риф-товых зон, в периконтинентальных областях позднекайнозойского опускания, на границе различно развивающихся структур в области современных шельфов. 5 См.: Патык-Кара Н. Г., Никонов А. И., Плахт И. Р. Основные черты строения многоярусных оловянных россыпей тектонических впадин.— Сов. геология, 1976, № 6, с. 129—133. Актуальные проблемы геологии россыпей 47 В связи с прогнозированием и оценкой рассыпных месторождений в настоящее время разрабатываются вопросы типизации рудно-россыпных площадей на единой основе, учитывающей минералогеническую специализацию площадей и характер тектоно-геоморфологической эволюции их поверхности в различных морфоструктурах. Уже выделены россыпные формации и ряды россыпей, отвечающие различным типам структур земной коры. Для поисков россыпей, особенно погребенных и затопленных, с успехом применяются геохимические методы исследования. Известно, что в прибрежной зоне шельфа локальные структуры, в пределах которых размываются древние металлоносные образования, достаточно четко окон-туриваются с помощью комплексных аномалий элементов осадочной ассоциации и элементов, непосредственно указывающих на наличие рудного (россыпного) процесса. В разрезе погребенных и затопленных россыпей также удается выделить своеобразные «околорудный» и «надрудный» ореолы, первый из которых синхронен образованию россыпи, а второй представляет постседиментационное образование. На рис. 4 изображены такие ореолы в разрезе погребенной и затопленной россыпи олова в зоне тектонического уступа. Видно, что околорудный ореол, помимо олова, сформирован такими элементами, как бор, вольфрам, медь, а надрудный представлен серебром, цинком, молибденом — элементами, испытывающими наибольшую солевую отгонку в процессе постседиментационного преобразования россыпи. В последние годы особое внимание уделяется комплексному изучению и освоению россыпных месторождений. Примером наиболее успешного решения этой задачи служат оценка и использование прибрежно-мор-ских редкометалльнотитановых россыпей. В них наряду с основными минералами практический интерес представляют также титаномагнетит, хромит, силлиманит, андалузит, ставролит. Отходы обогащения этих россыпей применяются как сырье для стекольной и керамической промышленности. Изучение и вовлечение в промышленное освоение вместе с основными попутных полезных ископаемых и компонентов повышают полноту использования недр и экономический потенциал россыпных месторождений, способствуют созданию безотходной технологии переработки минерального сырья и охране окружающей среды. УДК 553.068.5
